基于独立变桨距技术的风力发电机组载荷控制研究

研究了基于独立变桨距技术的风力发电机组的载荷控制,研究方法主要从空气动力学入手,建立了风力发电机组独立变桨距系统的多输入多输出线性化模型,利用d-q坐标变换将旋转坐标系下的载荷转换到固定坐标系下,设计模糊控制器,对d轴和q轴的载荷分量分别采用模糊PID控制.为了检验该控制方式的效果,在半物理实验平台上进行相应的仿真实验...     

风力发电系统权系数独立变桨距矢量控制

风电系统具有多变量、非线性以及不确定等特点,为了减小叶片不平衡载荷造成的机组疲劳和振动,在2 MW风力发电系统中采用了基于权系数的独立变桨距矢量控制。在MATLAB软件中建立机组的数学模型,与统一变桨距系统的控制效果进行比较,通过仿真验证了权系数独立变桨距矢量控制方案的合理性和优越性。     

遗传算法在变桨距风力发电控制系统中的应用

介绍了遗传算法的基本原理,讨论了一种应用遗传算法和模糊理论计算风力发电机变桨距控制器的方法,该方法利用遗传算法简单高效的寻优特点对模糊控制器的结构和参数进行优化设计。仿真结果表明,应用该方法设计的控制器具有很好的控制精度和动态特性,可应用于大型风力发机变桨距控制系统。     

基于粒子群优化的无载荷传感器风电机组独立变桨距控制

提出一种利用预测载荷进行独立变桨距控制的方法,应用叶素理论进行载荷预测,对测量风速以及受风剪效应和塔影效应影响的轮毂风速进行修正,使载荷计算更加准确;应用粒子群算法进行桨距角优化控制,优化搜索中通过对目标函数的选取和相关参数的设定保证控制的实时性.应用Bladed软件对某1.5MW变桨距风电机组进行仿真.结果表明:所提出的独立变桨距控制方法可在保证功率控制的同时实现载荷控制,能有效减小风轮不均衡载荷,降低机组疲劳载荷.     

风电机组变桨距控制

定桨距是指桨叶根部与轮毂采用刚性联接,即桨叶的安装角（或称节距角）固定。定桨距风电机组常采用双速发电机,当低于额定风速时,低转速的小电机运行,以追求最佳的风能利用效率;当高于额定风速时,桨叶的攻角会增大,同时产生较大的涡流,使凤轮效率降低,发生失速,以限制发电机的输出功率。定桨距控制方法简单可靠,但由于桨叶较重,且控制...     

基于模糊智能控制的变桨距风轮机桨距控制

给出了风轮机桨距控制系统仿真,对风轮机模型采用BP神经网络逼近、控制器采用模糊智能控制.经风速阶跃响应的仿真结果表明,基于模糊控制技术的风轮机桨距控制可实现高于额定风速时的功率控制,转速响应调节时间短、超调量小、振荡少、变桨机构动作稳定、调节过程无反复抽动.     

风电机组非线性最优变桨距控制器的设计

基于状态反馈线性化方法和最优控制理论,针对风速高于额定风速以上时,设计风力发电机组的非线性最优变桨距控制器,以保证系统的恒功率输出,并证明了该控制器的良好控制性能。     

基于前馈补偿方位角权系数的分程独立变桨距控制研究

依据风速特性及桨叶的空气动力学分析得到独立变桨距控制的基本控制规律,提出基于前馈补偿的方位角权系数分程独立变桨距控制,此控制方法采用方位角权系数分配分别对3个桨叶的桨距角进行调整,实现独立变桨距控制,然后根据前馈补偿理论对变桨距过程进行分程独立变桨距控制。在Matlab中进行仿真。仿真结果表明,该控制方法不仅可实现风力机的独立变桨,在稳定输出功率的同时减小桨叶的拍打振动,且可避免由于全程独立变桨距桨叶调节频繁所引起的电动变桨执行电机因过热损坏的问题。控制方法简单,更适合用于独立动作的电动变桨距执行机构。     

基于改进最小方差法的风电机组变桨距控制

针对额定风速以上风电机组变桨距控制问题,提出了一种基于改进最小方差法的风电机组变桨距控制策略。该方法将延长预测步长思想,时变砺设计和柔化控制作用相结合,能够在突变过程初期,限制控制幅度,在控制后期能够加快收敛速度。同时与递推最小二乘辨识方法结合,用于额定风速以上风电机组变桨距控制系统。通过算例仿真表明,与传统的最小方差控制和PI控制方法相比,该方法能够使得系统响应迅速,在额定风速以上快速改变桨距角,保证了风电机组恒功率输出运行。     

降低风力机叶轮载荷独立变桨距控制策略

为了减小风力机叶轮的气动载荷,文章提出了将叶片方位角权系数分配与叶片根部气动载荷反馈相结合的独立变桨距控制方法(AAWC-LF)。控制器依据方位角的大小不同,利用权系数分配器重新分配每个叶片桨距角的调整变化量。同时,考虑到现场实际风速会突然大幅变化,在基于方位角权系数分配的独立变桨距控制基础上,增加了基于叶片根部实际气动载荷的桨距角修正环节。通过对比仿真曲线和实验结果,发现该算法增加了桨距角的调整次数,同时减小了叶轮所承受的气动载荷,对机组的输出有功功率没有形成冲击,叶轮转速更加平稳,控制效果较理想。     

基于蚁群算法的Spar型浮式风机独立变桨控制方法

针对多自由度、非线性、强耦合的漂浮式风电机组,为了缓解其在额定风速以上出现的风轮载荷不平衡、漂浮式基础摇荡及功率输出不稳定等问题,提出了一种基于蚁群算法的独立变桨控制方法,用于动态优化PID控制器参数。针对传统蚁群算法搜索效率低、质量差等问题,文章采用最优-最劣蚂蚁系统对其改进,得到了更适用于漂浮式风电机组的蚁群PID独立变桨控制方法。FAST-Matlab/Simulink联合仿真结果表明,相比于PID独立变桨控制,基于蚁群算法的独立变桨控制方法能有效地减小桨叶根部所受力矩,缓解漂浮式基础的纵向运动,保证功率输出的稳定。     

基于5MW风机模型的变初值模糊PI变桨控制技术研究

针对传统PID变桨控制器参数自调整性能较差,适应性不强的问题,文章提出了风电机组变初值模糊PI变桨控制算法。通过模糊控制算法实现了PI参数的自动调节,根据风速大小设计了合理的变初值调整算法,实现了模糊控制器初值的在线调节。基于FAST风机软件中5 MW陆上风电机组非线性模型,分析了风电机组在额定风速以上运行时变桨系统的动态特性,从算法结构出发,设计了合适的模糊规则和量化、比例因子以及变初值调整算法,在Matlab/Simulink中搭建了变初值模糊PI变桨控制策略。通过仿真验证了控制策略在抑制转速波动和风机叶片、塔基受力力矩波动方面具有较好的效果。     

变速变桨风力发电机组的优化控制

提出了大型变速变桨风力发电机组在不同控制阶段的优化控制策略。在低风速时,采用自适应转矩控制方式,实现机组的变速运行,追踪最佳风能利用系数。在额定风速以上时,为了解决传统桨距控制方式系统超调量大的问题,提出了一种新型气动转矩观测器,并将气动转矩与发电机转矩偏差输入控制器。通过Bladed外部控制器模块编程并进行仿真,结果表明,所提出的控制策略能够更好地追踪最大功率点,并改善桨距控制效果,稳定功率输出。     

风电机组模糊PI控制与前馈控制相结合的变桨控制

针对经典PID变桨距控制器超调量大、波动剧烈等缺陷,提出了一种采用模糊PI控制与前馈控制相结合的控制器来控制浆距角,进而使机组功率稳定在额定功率附近的控制思路。通过对某1.5MW风力发电机组进行仿真,结果表明,该控制器控制效果优于经典PID变桨距控制器。     

风切变和塔影效应对风力机变桨距控制的影响分析

随着单台风力机功率的不断增大,变桨距控制对于风力机起动、制动性能的改善和对输出功率的稳定作用不断显现。单台风力机功率的不断增大也导致了塔架的增高和风轮直径的增大,风切变和塔影效应对风轮旋转平面风速分布产生的差异也不断变大。为了验证风速差异对变桨距控制的影响,建立了考虑风切变、塔影效应的风速模型以及基于叶素理论的风力机模型。采用1.5 MW风力机的数据进行研究,仿真验证表明,在集中变桨时,即使参考风速稳定,风速分布的差异也会使实际的风轮输出转矩产生脉动,桨距角产生周期性脉动,从而导致输出功率产生脉动,影响电能质量,同时叶片上产生不平衡的弯矩,增加了叶片的疲劳载荷,缩短了叶片的寿命。大型风力机应采用独立变桨技术来解决这些问题。     

风电机组电动变桨距伺服系统的研究

基于非线性PI理论,针对风力发电机组电动变桨距伺服系统中执行电机的非线性特性,提出了一种新的非线性控制方法。该方法基于对象的非线性模型,通过简单的非线性变换,把串励直流电机控制器的设计简化为线性系统问题。通过对变桨距电机负载所受驱动力进行了详细分析,进一步设计了控制器,在Matlab/Simulink环境下进行的数字仿真表明,此伺服系统具有良好的动态性能。     

变速风力机变桨距系统建模与仿真

变速风力发电机组一般采用变桨距控制来稳定输出功率,但是桨距角的改变会引起攻角的改变,从而引起叶片气动性能的改变,所以在变桨距控制过程中,必须保证合适的攻角,以确保风力机具有良好的气动性能。采用统一变桨距控制方法,在matlab/simulink环境下,通过预测攻角仿真研究了变速风力发电机组的变桨距控制过程,结果表明,该控制模型能正确模拟各种风速下风力发电机组变桨距的动态过程,为进一步研究变速风力发电机的功率控制奠定了基础。     

Performance of a 3 kW wind turbine generator with variable pitch control system

A prototype 3 kW horizontal upwind type wind turbine generator of 4 m in diameter has been designed and examined under real wind conditions. The machine was designed based on the concept that even small wind turbines should have a variable pitch control system just as large wind turbines, especially in Japan where typhoons occur at least once a year. A characteristic of the machine is the use of a worm and gear system with a stepping motor installed in the center of the hub, and the rotational main shaft. The machine is constructed with no mechanical breaking system so as to avoid damage from strong winds. In a storm, the wind turbine is slowed down by adjusting the pitch angle and the maximum electrical load. Usually the machine is controlled at several stages depending on the rotational speed of the blades. Two control methods have been applied: the variable pitch angle, and regulation of the generator field current. The characteristics of the generator under each rotational speed and field current are first investigated in the laboratory. This paper describes the performances of the wind turbine in terms of the functions of wind turbine rotational speed, generated outputs, and its stability for wind speed changes. The expected performances of the machine have been confirmed under real wind conditions and compared with numerical simulation results. The wind turbine showed a power coefficient of 0.257 under the average wind speed of 7.3 m/s.     

基于混杂自动机的大型风力发电机组全程控制

风力发电系统是具有不确定性的复杂非线性系统,机组运行工况变化十分频繁。通过对风力发电机组的系统特性分析,发现风力发电系统呈现出混杂系统的典型特征。因此,基于混杂自动机理论建立了1.5 MW双馈型风电机组的混杂动态模型,并根据风力发电机组控制策略设计了能够在机组运行中实现全程自动化的混杂控制系统。仿真结果表明,基于混杂自动机的动态模型可以实现风电机组的全程模拟,所设计的混杂控制系统能够满足风电机组全程控制要求,证明了混杂系统理论应用于风力发电研究领域的有效性。     

离网型风力发电机的大风限速保护研究

如果解决不好离网型风力发电机的大风限速保护问题,就会大大地降低其可靠性和安全性.文章从风轮与发电机的匹配人手,一改传统离网型风力发电机最佳功率匹配运行为峰前匹配运行,使风力发电机在大风时保持较低的风能利用系数,具有大风时的限速保护作用.